Основные узлы установки УЭЦН

 

         Установка погружного центробежного насоса состоит из погружного агрегата 1,2,3, спускаемого в скважину на насосно-компрессорных трубах 5, кабеля 4, арматуры устья 6, станции управления 7  и автотрансформатора 8.

         Погружной агрегат включает в себя многоступенчатый электроцентробежный насос, гидрозащиту и электродвигатель. Он спускается в скважину на колонне НКТ. Электроэнергия от промысловой сети через автотрансформатор и станцию управления по кабелю подается на электродвигатель, с ротором которого связан вал электроцентробежного насоса   через шпоночные соединения и приводит в движение вал электроцентробежного насоса.. Выше насоса установлен обратный шаровой клапан, облегчающий пуск установки после простоя и предотвращающий обратное вращение ротора электродвигателя под воздействием столба жидкости в колонне НКТ при остановках, а также для определения герметичности колонны НКТ, над обратным клапаном – спускной (сбивной) клапан для слива жидкости из НКТ при их подъеме и для облегчения глушения скважины.

          В зависимости от поперечного размера погружного агрегата УЭЦН подразделяют на четыре условные группы: 5; 5А; 6; 6А с диаметрами соответственно 92, 103, 114 и 140,5 мм. Откуда следует, что соответствующие группы насосов необходимо применять в скважинах с внутренним диаметром эксплуатационной колонны соответсвенно не менее 121,7; 130; 144,3; 148,3 мм.

           Установки имеют следующие исполнения:

- обычное;

- коррозионно- стойкое;

- износостойкое;

- термостойкое.

Установки погружных ЭЦН предназначены для откачки из нефтяных скважин, в

том числе и наклонных, со следующими характеристиками:

- максимальное содержание попутной воды – 99%;

- максимальная плотность жидкости – 1400 кг/м³;

- максимальная массовая концентрация твердых частиц- 100 мг/л;

- максимальное содержание газа на приеме насоса- 25 %;

- максимальная концентрация севодорода для насосов обычного исполнения (коррозионно- стойкого исполнения)- 10 (1250) мг/л;

- максимальная температура – 90 ^оС;

           ЭЦН – это погружной, центробежный, секционный, многоступенчатый насос. В корпус каждой секции вставляется пакет ступеней, представляющих собой собранные на валу на продольной призматической шпонке скользящей посадкой рабочие колеса и направляющие аппараты. Число ступеней колеблется в пределах 145-400.

           Рабочие колеса и направляющие аппараты насосов обычного исполнения изготавливают из серого чугуна, насосов коррозионно- стойкого исполнения- из модифицированного чугуна типа «ни ризист».

           Рабочие колеса насосов обычного исполнения могут изготавливаться из полиакриламида или из углепластиковой массы. Насосы в износостойком исполнении отличаются использованием более твердых и износостойких материалов.

           Насос состоит из одной или нескольких секций (до четырех секций), корпуса которых соединены между собой при помощи фланцев, а валы при помощи шлицевых муфт. Секция имеет длину до 5,5 м.

           Снизу в корпусе крепится основание насоса с приемными отверстиями и фильтросеткой, через которые жидкость из скважины поступает к первой ступени насоса. В верхней части насоса находится ловильная головка, к которой крепятся НКТ.

                                     Характеристики работы центробежного насоса.

      Основные характеристики работы УЭЦН- его подача (м³/сут)и развиваемый напор (давление) при этой подаче. Напор насоса принято измерять в метрах водного столба. Его величина характеризует высоту на которую жидкость может быть поднята данным насосом.

       В паспортных данных обычно указывают значение подачи и напора при максимальном коэффициенте полезного действия и на воде. Вероятная характеристика работы насоса в конкретной скважине может существенно отличаться от паспортной вследствие отличия вязкости откачиваемой жидкости от вязкости воды и наличия в продукции скважины свободного газа.

      Напор и подача – характеристики взаимозависимые: чем выше развиваемый данным насосом напор, тем ниже его подача.

      При подборе УЭЦН руководствуются паспортной характеристикой насоса – зависимостями напора Н, потребляемой мощности N и КПД от подачи насоса Q.

На практике не всегда удается подобрать насос с характеристикой, точно соответствующей характеристике скважины. Часто приходиться прибегать к искусственному регулированию работы насоса, например к ограничению его подачи. В промысловых условиях подачу насоса можно ограничить при помощи штуцера, но этот способ имеет существенные недостатки:

- резко снижает КПД насоса;

- устье скважины необходимо оборудовать арматурой повышенно давления;

- увеличивается осевая нагрузка на вал и рабочие колеса,

что укорачивает срок службы насосной установки.

       От этих недостатков свободен способ регулирования характеристик установки путем изменения числа рабочих ступеней насоса. Чем больше ступеней, тем выше развиваемый напор при той же подаче, но при этом необходимо извлечь установку из скважины.

         Пример условного обозначения:

   2УЭЦНМ (К, И, Д, Т) 5- 125-1200,

   где:

   2 - модификация насоса;

   У - установка;

   Э - электропривод от погружного двигателя;

   Ц - центробежный;

   Н - насос;

   М - модульный;

   К, И, Д, Т - соответственно в коррозионно-стойком, износостойком, двухопорном и

   термостойком исполнении. Отсутствие их означает, что установка обычного

   исполнения;

   5 - группа насоса;

   125 - подача, м³/сут (18-500 м³/сут);

   1200 - напор, м (100-2900 м).

           Применяются УЭЦН как отечественных заводов изготовителей- «Алнас», «Лемаз», «Новомет», «Борец», так и зарубежных- «Центрилифт», «REDA».

            Центробежный насос приводится во вращение специальным маслозаполненным погружным асинхронным трехфазным электродвигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором вертикального исполнения типа ПЭД.

             ПЭД состоит из статора 20, ротора 21, головки 11 и основания 19. Корпус статора изготавливается из стальной трубы с резьбой на концах для присоединения головки и основания двигателя. Двигатель заполняется маловязким маслом для охлаждения и смазки (с высокой диэлектрической прочностью).

             Статор собирается из активных и немагнитных шихтованных жестей с пазами, в которых располагается обмотка. Фазы обмотки соединены в звезду. Выводные концы обмотки статора соединяются с кабелем через специальную изоляционную штепсельную муфту кабельного ввода 3.

               Короткозамкнутый многосекционный ротор ПЭД набран из магнитных сердечников, чередующихся с подшипниками скольжения. По оси вала выполнен канал для обеспечения циркуляции масла в полости двигателя.

       Электродвигатель секционного исполнения состоит из двух секций- верхней и нижней. Механическое соединение корпусов секций- фланцевые. Валы соединяются с помощью щлицевой муфты.

       Применяются ПЭД с наружным диаметром корпуса 103- 143 мм, мощностью 12-500 кВт,силой номинального тока 15,7- 86 А, линейным напряжением 380- 2300 В при частоте тока 50Гц. Двигатель рассчитан на работу при температуре окружающей среды, не превышающей 90 ^оС.Погружные электродвигатели имееют следующий шифр:

         ПЭД 125-135АВ5, где

          125 - номинальная мощность, кВт;

          138 - диаметр корпуса, мм;

          АВ5 - серия двигателя, которая позволяет работу электродвигателя при

          температуре окружающей среды не превышающей +50-70 ^оС   

          (ДВ5 и КВ5- +60-70 ^оС, БВ5 и ЛВ5- +90 ^оС).

             Гидрозащита предотвращает попадание пластовой жидкости в полость ПЭД, компенсирует изменения объема масла во внутренней полости ПЭД и передачи крутящегося момента от вала ПЭД к валу насоса и состоит из протектора, который устанавливается между ЭЦН и ПЭД, и компенсатора, присоединяемого к основанию ПЭД.

        Протектор имеет две камеры, заполненные рабочей жидкостью электродвигателя. Камеры разделены эластичным элементом- резиновой диафрагмой с торцевыми уплотнениями. Выравнивание давления в протекторе с давлением в скважине происходит через обратный клапан, расположенный в нижней части протектора.

        Компенсатор состоит из камеры, образуемой эластичным элементом- резиновой диафрагмой, заполненной рабочей жидкостью электродвигателя. Полость за диафрагмой сообщается со скважиной отверстиями.

        Дополнительное оборудование ЭЦН обеспечивает надежность работы центробежного насоса в осложненных условиях. К нему относится:

- газосепаратор, устанавливаемый на приеме насоса, позволяет

работать насосу с содержанием свободного газа до 55 %;

- диспергатор, устанавливаемый на приеме насоса, позволяет

работать насосу с содержанием свободного газа до 68%

- установка выше выкида насоса дополнительного струйного насоса (СН-73) для отвода газа из затрубного пространства в НКТ, снижая тем самым оттеснение уровня жидкости до приема насоса и исключая срыв подачи;

- шламоуловитель, применяемый в скважинах с повышенным содержанием механических примесей, особенно после проведения ГРП.

        Кабельная линия, обеспечивающая подвод электроэнергии к электродвигателю ЭЦН, состоит из основного питающего кабеля, сращенного с ним плоского кабеля и муфты кабельного для соединения с ПЭД. В качестве основного используют кабель марки КПБП (кабель полиэтиленовый бронированный плоский) или КПБК (круглый), который прикрепляется к наружной поверхности НКТ крепежными поясами (хомутами), в качестве удлинителя- плоский кабель. Поперечное сечение жил основного кабеля равно 10, 13, 16 и 25 мм², а кабельного удлинителя- 6 и 10 мм².

        Устьевое оборудование скважин, эксплуатируемых ЭЦН, выполнено на базе фонтанной арматуры и отличается от базовой модели лишь конструкцией катушки (планшайбы) обеспечивающей пропуск кабеля в скважину с герметизацией. Для этого в катушку встроена сальниковая камера (кабельный ввод), уплотненная сальниковой набивкой. Назначение его аналогично фонтанной арматуре. Применяется устьевое оборудование типа: АФК1-65*14СУ, АФК1-65*21СУ и АФ-3”*21/2”*210(Румыния).

             Наземное оборудование включает станцию управления (или комплектное устройство) и трансформатор.

              Станция управления (или комплектное устройство) предназначена для управления установкой.

             Трансформатор предназначен для подачи необходимого напряжения на обмотки статора погружного электродвигателя с учетом падения напряжения в кабельной линии в зависимости от глубины спуска электронасоса. (350-6000В). Используются силовые с масляным охлаждением трансформаторы типов ТМП и ТМПН и специальные комплектные трансформаторные подстанции типов КТП и КТППН. Трансформаторы подбирают по типу погружного электродвигателя.